Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC MASTER K

Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC MASTER K

 Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn Bộ điều khiển Logic theo chương trình (Programmable Logic Controller) là sản phẩm của ứng dụng kỹ thuật vi xử lý để điều khiển các thiết bò, máy móc, dây chuyền tự động hóa … Các vấn đề trước đây được giải quyết bằng các mạch logic relay, các cơ cấu cơ khí kém linh hoạt, khó thay đổi thì nay được mềm hóa bằng các chương trình điều khiển bằng vi xử lý. Xét về mặt phân tích, thiết kế về qui trình công nghệ thì công sức bỏ ra như nhau. Nếu như tủ điều khiển thiết kế bằng các linh kiện phụ rời càng phức tạp thì chương trình viết tương ứng cho bộ điều khiển lập trình (PLC) cũng phức tạp tương tự. Tuy nhiên nếu dùng bộ PLC thì còn có khả năng lập trình nâng cao để tăng chất lượng điều khiển. Nếu dùng phụ kiện rời, người ta có khuynh hướng thiết kế vứa đủ đạt yêu cầu ví thêm tính năng có nghóa là thêm phụ kiện rời gây ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành. Ngoài ra với sản xuất số lượng nhiều nếu dùng PLC chỉ tốn công sức cho một lần lập trình mà thôi. Có thể viết chương trình ở dạng Module tổng quát thực hiện được nhiều chức năng có thể dùng chung cho nhiều ứng dụng. Khi đó công việc lập trình giảm được nhiều công sức. Một hệ PLC yêu cầu cần phải có những đặc tính sau: dễ sử dụng, đa năng và rẻ tiền. Do đó chúngthường được thiết kế trên cơ sở phần cứng gồm: bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ xuất nhập. PLC có những chức năng bên trong như: bộ đònh thì (Timer), bộ đếm (Counter) và các thanh ghi dòch (Shift Registers). Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc: Các tín hiệu vào được gởi tới PLC và được lưu trữ trong bộ nhớ, PLC xử lý các tín hiệu vào dựa theo những lệnh logic đã được lập trình, sau đó kết quả xử lý được gởi đến cơ cấu chấp hành. Trong bộ điều khiển logic theo chương trình (PLC), một công việc được thực hiện hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình điều khiển cài đặt trong bộ nhớ. Các chuẩn giao tiếp được xây dựng ở PLC cho phép chúng liên lạc trực tiếp với cơ cấu đọc/ghi quá trình và những bộ phận chuyển đổi mà không cần phải có các relay hay mạch trung gian. Việc xử dụng những bộ PLC có thể giúp cho người sử dụng không cần phải có những thao tác tháo lắp, nối dây mất nhiều thời gian khi cần thay đổi chương trình điều khiển, người sử dụng chỉ cần ngồi ở nơi và điều khiển bàn phím cùng với một ít thời gian lập trình là có thể thay đổi hoàn toàn điều khiển cũ thành điều khiển mới. Mặc dù PLC tương tự máy tính thông thường nhưng do yêu cầu làm việc trong môi trường công nghiệp nên phần cứng của nó được thiết kế với những đặc điểm sau: • Thiết bò có cấu tạo chắc chắn, có khả năng chống nhiễu cao HƯỚNG DẪN LẬP TRÌNH CĂN BẢN PLC MASTER-K Chương I: BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC THEO CHƯƠNG TRÌNH ( PLC)  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn • Được thiết kế theo kiểu Module nên cho phép dễ dàng thay thế, sửa chữa và ghép thêm vào những Module khác. • Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học. • Dễ lập trình và lập trình lại cho các ứng dụng trong những nhà máy công nghiệp. Thỏa mãn những đặc điểm trên, hãng LS Industrial Systems (LSIS) đã cho ra đời PLC với 02 họ MASTER-K và GLOFA bgoài ra còn có các màn hình giao diện kết hợp với PLC giúp cho các bạn thiết kế các máy móc thế hệ mới cũng như cải tiến công nghệ sản xuất trong quá trình tự động hóa hiện đại hóa đất nước. PLC của LSIS được chia làm nhiều loại tùy theo mục đích nhu cầu: loại nhỏ (Micro), loại trung bình (Compact),loại lớn (Module). Về hình thức bố trí ên ngoài thường không giống nhau, về tập lậnh cũng khác nhau. Tuy nhiên chúng có chung một đích là được thiết kế dễ dàng thực hiện, thay thế cho các logic điều khiển máy móc, thiết bò bằng phương pháp truyền thống. Tuy nhiên cũng cần phân biệt rõ sự khác biệt giữa logic điều khiển thực hiện bằng relay, phụ kiện rời hỗ trợ khác (như bộ đònh thì, bộ đếm, bộ cam phân chia thời gian, …) với logic điều khiển được lập trình bằng PLC. Logic điều khiển relay hoạt động trong chế độ thời gian thực. Các sự kiện, biến cố xảy ra thực sự và nó phản ứng ngay khi có tín hiệu tác động. Còn logic thực hiện theo chương trình bằng vi xử lý thì hoạt động có khác biệt. Đó là hoạt động xử lý theo từng bước trong chương trình, lập lại tuần hoàn. Thường thì có thể phân làm 3 giai đoạn hoạt động như sau: Giai đoạn 1: Đọc dữ liệu ở ngõ nhập (dạng Binary hoặc Analog) vào PLC và lưu trữ trong bộ nhớ (lưu trữ ở dạng Binary) Giai đoạn 2: Xử lý dữ liệu theo trật tự logic đã sắp đặt trong chương trình. Kết quả logic sẽ được lưu trữ trong bộ nhó. Giai đoạn 3: Xuất kết quả ra ngoài PLC, tín hiệu ở ngõ ra PLC sẽ đưa đến cơ cấu chấp hành. Trong thời gian thực hiện từ giai đoạn 1 đến giai đoạn 3, PLC chỉ phản ứng có một lần đối với tín hiệu vàovà chỉ có một lần khống chế, kiểm soát cơ cấu chấp hành. Thực tế với tốc độ nhanh của vi xử lý hiện nay, thì sự chậm trễ đáp ứng của PLC không ra gây ra tác động đáng kể. Với kinh nghiệm trong khi lập trình cũng như sự hỗ trợ về phần cứng của các MODULE trong cùng một họ PLC, cùng với khả năng xử lý song song, nối mạng của PLC người ta có thể giải quyết được nhiều bài toán thực tế.  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn Bảng so sánh sau đây sẽ trình bày những ưu điểm của bộ điều khiển PLC so với các hệ điều khiển khác: Đặc tính Hệ relay Hệ mạch số Máy tính PLC Phí tổn trên một đơn vò chức năng Hơi thấp Thấp Cao Thấp Kích thước Thô Khít khao, chắc chắn gọn nhẹ Hơi gọn Rất gọn Tốc độ hoạt động Chậm Rất nhanh Hơi nhanh Nhanh Tính chống nhiễu về điện Rất tốt Tốt Hơi tốt Tốt Lắp đặt Tốn nhiều thời gian thiết kế và lắp đặt Tốn nhiều thời gian thiết kế Tốn nhiều thời gian cho lập trình Lập trình đơn giản và lắp đặt nhanh Khả năng thực hiện các chức năng phức tạp Không Có Có Có Khả năng thay đổi các chức năng Rất khó Khó Hơi dễ Rất dễ Bảo quản Khó khăn do nhiều tiếp điểm Khó nếu IC hàn mạch Khó Dễ, có Card chuẩn Qua bảng so sánh trên chúng ta thấy rõ hơn về những lợi điểm của PLC so với các hệ điều khiển khác.  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn Hiện nay tuỳ thuộc vào công nghệ của từng máy mà chúng ta sẽ lựa chọn số lượng I/O (Input/ Output của PLC cho phù hợp, số lượng I/O các lớn thì giá thành càng cao. Trong họ Master-K được chia làm nhiều loại: K14P1(8 Input/6 Output), K80S (Max: 80 I/O), K120S, K200, K300 (Max:384 I/O)… Các màn hình giao diện với PLC bao gồm: XP10BKB/DC, PMU-330BT, PMU-330TT (TFT colour LCD, 16 colour), PMU-530TT, PMU-830TT… HƯỚNG DẪN LẬP TRÌNH CĂN BẢN PLC MASTER-K ChươngII: GIỚI THIỆU PLC MASTER-K CỦA LSIS MASTER-K80S/120S MASTER-K200S MASTER-K14P1 • Smallest Micro PLC • Program Capacity: 800 Step • RS-232C Interface • Built-in High Speed Counter • I/O Points: 8/6 Pionts • Compact Size • Program Capacity: 7K Step • RS-232C Interface • High Speed Perfomance: 0.5 µs/Step • I/O Points: 10 ÷80 Pionts • High Speed Perfomance: 0.5 µs/Step • Program Capacity: 7K Step • RS-232C Interface • Comunication Module: RS232C, RS-422/485, Modbus, Fieldbus(Fnet). • I/O Points: Up to 384 Pionts  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn Đối với các PLC cở nhỏ như loại Master-K14P1, Master-K80S hay Master-K120S các bộ phận được kết hợp với nhau thành một khối . Với những loại lớn như Master-K200S, K300S hay K1000S được thiết kế theo dạng Module để người sử dụng có thể lựa chọn được một cấu hình PLC phù hợp nhất mà ít tốn kém nhất, đồng thời vẫn đáp ứng được những ứng dụng của mình. Một bộ PLC thông thường bao gồm các thành phần sau:  BỘ VI XƯÛ LÝ (CPU): CPU là bộ não của PLC, nó điều khiển và kiểm soát tất cả mọi hoạt động bên trong của PLC, nó thực hiện các lệnh đã được chương trình hóa lưu trữ bên trong bộ nhớ. Một hệ thống BUS mang thông tin đến và đi từ CPU, bộ nhớ và bộ xuất nhập cũng chòu điều khiển của CPU. CPU được cung cấp bởi một tần số đồng hồ do tinh thể thạch anh bên ngoài hay một mạch dao động RC, mạch dao động này có nhiệm vụ tạo ra tạo ra tần số dao động từ 1 ÷ 8MHz tuỳ thuộc bộ vi xử lý đã được sử dụng và phạm vi sử dụng. Xung đồng hồ nay quyết đònh đến tốc độ hoạt động của PLCvà cung cấp sự đồng bộ hóa cho mọi phần tử trong hệ thống. Một CPU bao gồm 3 thành phần riêng biệt như sau: - Bộ điều khiển (CU_Control Unit): gồm khối kiểm soát lệnh và ngăn xếp cá nhiệm vụ lấy lệnh ra từ bộ nhớ và xác đònh điều khiển. - Bộ luận lý và số học (ALU): Để thực hiện các phép toán số học và logic như: AND, OR, NOT, … - Bộ nhớ tốc độ cao, kích thước nhỏ để lưu các kết quả tạm thời và các thông tin điều khiển. Nắp che Terminal Cổng mở rộng Đèn LED hiển thò I/O Built-in Cnet ROM Mode LED trạng thái CPU Cổng RS-232C Nguồn PIN  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn Để thi hành một lệnh nào đó CPU phải làm một chuổi tuần tự như sau: 1. Lấy lệnh kế từ bộ nhớ vào thanh ghi 2. Thay đổi bộ đếm chương trình để chỉ đến lệnh kế tiếp 3. Xác đònh kiểu lệnh vừa lấy ra 4. Xác đònh dữ lệu mà lệnh yêu cầu cà xác đònh vò trí dữ liệu trong bộ nhớ. 5. Nếu lệnh cần dữ liệu trong bộ nhớ, thì nạp nó vào thanh ghi của CPU 6. Thực hiện lệnh 7. Lưu trữ kết quả ở nơi thích hợp 8. Trở về bước 1 để thực hiện lệnh kế tiếp.  BỘ NHỚ: Bao gồm bộ nhớ chứa chương trình, bộ nhớ dữ liệu,… Đơn vò nhỏ nhất của bộ nhớ là BIT có giá trò 1 (hoặc 0). Nhiều BIT hợp thành theo hàng và cột tạo thành một khối bộ nhớ. Nội dung bộ nhớ có thể được đọc ra hoặc ghi vào. Mỗi BIT có một đòa chỉ riêng để bộ nhớ quản lý. Bộ nhớ có dung lượng đo bằng số lượng Byte (Kbyte, Mbyte …) Có 2 loại bộ nhớ như sau: - Bộ nhớ RAM (Random Access Memory): RAM là bộ nhớ chính trong mọi máy tính, kể cả PLC. Bộ nhớ RAM có lợi điểm là dung lượng lớn nhưng giá rẻ. RAM là loại bộ nhớ có thể đọc /ghi chương trình một cách dễ dàng. Tuy nhiên dữ liệu trong RAM sẽ bò xóa sạch khi có sự cố về điện. Vì vậy muốn lưu trữ chương trình trong bộ nhớ RAM thì người ta thường dùng phương pháp nuôi bộ nhớ RAM bằng một nguồn pin. Nếu cần lưu trữ trong thời gian dài thì ta dùng loại pin có tuổi thọ dài và tốt nhất nên thay pin vào những thời gian thích hợp. - Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): ROM là bộ nhớ chỉ đọc. Bộ nhớ có đặc tính trái ngược với bộ nhớ RAM là rất khó xóa, nên khi có sự cố về điện thì nội dung chương trình vẫn còn trong bộ nhớ. Nhưng hiện nay đối với bộ ROM người ta có thể thay đổi nội dung của nó. Tuỳ thuộc vào các tạo nội dung, cách xóa nội dung, cách nạp nội dung mới vào nó mà người ta có các loại bộ nhớ ROM khác nhau như : PROM, EPROM, RPROM và EEPROM. Điển hình ở đây ta xét hai loại bộ nhớ ROM được sử dụng rộng rãi trong các PLC là: EPROM và EEPROM. EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory): Bộ nhớ ROM có thể xóa nội dung chương trình. Bộ nhớ này có thể xóa bằng tia cực tím, sau khi nội dung cũ bò xóa người ta dùng một thiết bò đặc biệt để ghi nội dung chương trình mới vào trong ROM. Loại này rất phức tạp vì phải dùng các thiết bò đắt tiền.  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ): Loại này cũng giống như bộ nhớ EPROM nhưng phương thức xóa nội dung đơn giản hơn, tức là xóa bằng điện và nạp nội dung mới cho nó cũng đơn giản. Ngoài 2 loại trên trong các PLC người ta còn dùng FLASH EROM. Đối với những bộ điều khiển logic theo chương trình thuộc loại lớn có thể có nhiều CPU nhằm tăng tốc độ xử lý.  TÍN HIỆU NGÕ VÀO (INPUT): Các cảm biến (Sensor), nút nhấn (Push Button), Công tắc hành trình (Limits Switch)… được nối với ngõ vào của PLC. Thông thường đầu vào của PLC Master-K có 6 ngô vào hoặc 8 ngõ vào hoặc 16 ngõ vào hoặc hơn nữa tuỳ thuộc vào yêu cầu đòi hỏi của người sử dụng mà chọn cho phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần khoảng ≤ 16 ngõ vào, ứng dụng trung bình thì cần khoảng 80 ngõ vào, ứng dụng cở lớn thì cần dùng khoảng 256 ngõ vào. Đối với PLC người ta dùng các cuộn dây relay cho ngõ vào. Điện áp hoạt động d8ưa vào cuộn dây này thường vào khoảng 24VDC với dòng vào vài mA (6mA), rất bé so với dòng tiêu thụ qua cuộn dây trong relaythực tế. Cũng có PLC hoạt động với điện áp 220 VAC. Mặc dù điện áp cao như vậy nhưng rất an toàn cho các mạch điện tử của PLC vì sử dụng phương pháp cách ly bằng các linh kiện Optocoupler. Theo tiêu chuẩn công nghiệp với điện áp 24 VDC, người ta qui đònh như sau: - Điện áp từ 0 ÷÷÷÷ 5 VDC thể hiện logic 0 ở ngõ vào - Điện áp từ 11 ÷÷÷÷ 30 VDC thể hiện logic 1 ở ngõ vào  TÍN HIỆU NGÕ RA (OUTPUT): THIẾT BỊ NGÕ VÀO Autonics  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn Trong PLC tín hiệu ngõ ra dùng để điều khiển các cơ cấu chấp hành. Đối với những ứng dụng nhỏ thì chỉ cần sử dụng ≤ 16 ngõ ra, những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 64 hoặc tới 256 ngõ ra. Cũng giống như tín hiệu ngõ vào thì các ngõ ra là các tiếp điểm của relay, khả năng chòu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế tải công suất lớn thì thông qua các Contactor, Solid State Relay (SSR) … Ngoài ra còn có PLC với ngõ ra là tín hiệu điện: Logic 0 ứng với điện áp từ 0 ÷÷÷÷ 0.8V và Logic 1 ứng với điện áp tù 12 ÷÷÷÷ 28 V với dòng ra có khi lên tới 300mA. Dãi điện áp cấp nguồn từ 12V ÷÷÷÷28V.  THỜI GIAN ĐÁP ỨNG CỦA NGÕ VÀO/RA: Ngõ vào của PLC tiếp nhận các tín hiệu từ các sensor, từ sự đóng ngắt các tiếp điểm của nút nhấn Start, Stop , Reset hay từ công tắc hành trình, …Để chống rung ở ngõ vào, PLC có một mạch lọc ở ngõ vào, do đó làm chậm thời gian đáp ứng của nó (từ 100µS ÷÷÷÷ 25.5mS ). Nếu cần PLC cũng có những ngõ vào chuyên dùng với tốc độ đáp ứng nhanh. Đáp ứng ở ngõ ra đủ nhanh (cở mS), đạt yêu cầu đối với ứng dụng điều khiển các cơ cấu chấp hành trong thiết bò tự động hóa công nghiệp. THIẾT BỊ NGÕ RA Bóng đèn  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn Thông thường để lập trình cho PLC người ta sử dụng một thiết bò chuyên dùng gọi là Hand-held Program Loader gồm có một bàn phím và màn hình chỉ thò để hiển thò các só liệu cần thiết như các lệnh , các thông số. Sau khi chương trình đã được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC thì có thể thực hiện được. HƯỚNG DẪN LẬP TRÌNH CĂN BẢN PLC MASTER-K ChươngIII: CÁCH THẢO CHƯƠNG TRÌNH VỚI PHẦN MỀM KGL-WIN Ver3.65  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master-K LSIS Hưng Phú Automation Tel: (08) 3.9407410 – 3.8593717 www.hungphu.com.vn Song song với Hand-held Program Loader chúng ta có thể sử dụng phần mềm KGL-WIN V3.2 được cài đặt trong máy tính cá nhân PC chạy trên hệ điều hành Windows XP để có thể sửa chữa, viết lại hoặc lưu trữ các chương tình gốc. Thường thì việc truyền các chương trình điều khiển ở dạng ngôn ngữ máy sang các bộ PLC thông qua cổng truyền nối tiếp RS-232C. Thông thường chương trình được viết , sửa đổi , thử nghiệm nhiều lần trên PLC thì mới thể hiện được ý đồ logic điều khiển mà ta mong đợi. Chúng tôi xin giới thiệu cách soạn thảo chương trình trên phần mềm KGL-WIN Ver3.2 cùa LSIS. • YÊU CẦU CẤU HÌNH MÁY TÍNH CHO PHẦN MỀM: - Máy tính tối thiểu phải từ 80486DX trở lên, RAM phải từ 8Mb RAM trở lên. - Phải có cổng nối tiếp (serial port): một hay hai cồng - Dung lượng ổ đỉa cứng: Phảo còn trống 20Mb - Phải có ổ đóa mềm - Chuột và máy in - Chạy trên hệ điều hành Windows 9.x hay Windows XP • CÀI ĐẶT PHẦN MỀM: Đưa đóa CDRom có chứa chương trình vào trong ổ đóa: - Double-click vào tập tin SETUP.EXE trong đóa. - Chương trình Setup Wizard của chương trình sẽ hướng dẫn bạn cài đặt các bước tiếp theo. - Nhấn nút NEXT để bắt đầu cài đặt. Bạn có thể nhấn nút Cancel nếu bạn không muốn cài đặt KGL for Windows tại thời điểm này. . HƯỚNG DẪN LẬP TRÌNH CĂN BẢN PLC MASTER- K ChươngII: GIỚI THIỆU PLC MASTER- K CỦA LSIS MASTER- K8 0S/120S MASTER- K2 00S MASTER- K1 4P1 • Smallest Micro PLC. TRÌNH CĂN BẢN PLC MASTER- K ChươngIII: CÁCH THẢO CHƯƠNG TRÌNH VỚI PHẦN MỀM KGL-WIN Ver3.65  Tài liệu hướng dẫn lập trình căn bản PLC Master- K